边坡失稳突变模型的非线性混沌分析

针对边坡失稳的突变问题,运用混沌理论,建立系统的尖点突变模型,并运用庞加莱映射法、李亚普诺夫指数法、分形维数法等多种方法来预测系统是否处于混沌。分析发现：外部环境因素的变化、滑坡面上软弱夹层介质的弹性区段与应变弱化区段的本构曲线拐点处的刚度比的变化、降雨量等因素的变化作为边坡系统的非线性扰动因素与边坡稳定性的响应会表现出复杂的非线性混沌关系。这种突变和混沌的非线性现象出现的条件分别是边坡发生突变性滑坡的突发因素和积累演化因素的表像。它对认识边坡突发性滑坡突变机理和突变累积性演化机理,并进一步预测、防治并控制滑坡有重要的意义。     

粘土矿物与斜坡失稳

作为微米级材料，粘土矿物的单晶尺寸及特殊晶体结构使其集合体-粘土呈现低渗透性、分散-凝絮性及粘滞性等重要工程特性。除沉积岩斜坡含粘土矿物外，76％以上的斜坡岩石造岩矿物还可形成次生粘土矿物。粘土矿物广泛分布于原生沉积岩、三大岩类风化带及第四系松散堆积物构成的斜坡中。泥屑岩因含粘土矿物而易于失稳，且水稳定性差。次生粘土矿物的形成将引起源矿物、矿物集合体及岩块的强度与变形特性的显著变化，诱发岩石向松散介质转化。宏观结构面是粘土矿物最主要的形成和聚集场所，结构面及其内侧一定范围内不同成因粘土矿物的淀积将导致结构面及岩体强度的衰减。粘土矿物是滑坡滑带的常见矿物组分；粘土滑带可以在滑体与滑床之间起到润滑作用。滑带中粘土矿物的含量越多，其润滑效应越显著。粘土型滑带还具有隔水边界之功效，可将滑体与周围介质隔离，使之成为独立水文地质单元，提高坡体拦截、吸收渗入水的能力及斜坡稳定对降雨过程的敏感度。粘土矿物可以促进斜坡时效变形，甚至成为斜坡破坏的关键因素，对斜坡演化及失稳的贡献是显著的。     

基于降雨阈值建立TRIGRS模型对斜坡失稳区分级

为了对斜坡的稳定性进行可视化分析和预测,论文以玲珑街道斜坡为例,结合数字高程模型TRIGRS,以及地形地貌、降雨等因素,运用降雨阈值模型对斜坡单元变形失稳所需的临界降雨量进行计算,并开展了斜坡失稳影响区及自然村庄适宜性分区评价;结合地质灾害防治规划,对自然村庄活宜性分区防治提出了建议。     

斜坡失稳过程的非线性演化机制与物理预报

对应变软化介质材料组成的平面滑动型斜坡,采用Weibull分布描述它的剪应力与应变关系。建立了斜坡系统的尖点突变模型,给出了失稳的充要力学判据,发现斜坡失稳与刚度比和材料的均匀性指标有极大关联性,水的一种重要新作用是增加材料的均匀性(脆性)和降低刚度比。考虑应变软化介质的粘性或蠕变性,建立了斜坡演化的非线性动力学模型--物理预报模型,并给出了根据滑坡位移观测数据反演非线性动力学模型的方法和稳定性判别准则。对鸡鸣寺滑坡根据观测序列进行了动力学模型的反演分析,一个重要发现是:|D|值在加速蠕变阶段陡增出现峰值,而后在接近失稳点时趋于零。根据斜坡在等速蠕变阶段的特点,提出了一个简化的非线性动力学模型和物理预报模型,研究了其分叉和混沌特征,给出了判别混沌的力学准则,发现混沌能否产生取决于滑面介质的力学参数。     

对“斜坡失稳过程的非线性演化机制与物理预报”讨论的答复

<正>笔者发表于《岩土工程学报》2005年第11期的"斜坡失稳过程的非线性演化机制与物理预报"一文涉及的某些问题引起潘岳教授等的深入讨论,在此表示欢迎。现在笔者就相关问题并结合最近的一些研究情况进行说明,以回答讨论文提出的若干问题。     

岩体动力失稳的折迭突变模型

讨论了目前采用突变理论研究岩体动力失稳存在的问题。尖点突变模型对同一参数最多有3个平衡状态,其中一个不稳定另两个稳定,它描述的是两个稳定平衡状态在一定条件下可以相互转换、重复的系统;折迭突变模型最多有两个平衡状态,一个稳定,一个不稳定,它描述系统不能重复的本构失稳问题。由系统在平衡位置作准静态位移时的功、能增量关系式,按能量守恒原理推导了两体系统的平衡方程,建立了两体系统动力失稳的折迭突变模型,给出了岩体动力失稳问题的一般方程,得到了系统失稳前后的变形突跳和系统能量释放的一般表达式,基于Weibull分布的岩体本构关系为其特例。     

滑坡预测的非线性混沌模型

根据滑坡位移时间序列的非线性性质，应用混纯时间序列预测方法，建立滑坡预测的非线性混纯模型。在此基础上，介绍了加权一阶局域算法，并用这种算法对清江茅坪滑坡实际位移监测数据进行预测计算。结果表明，这种建立在非线性混沌模型基础上的方法不仅预测精度高，而且计算量小，相对容易操作，从而为滑坡位移提供了一种新的预测方法。     

斜坡失稳的降雨阈值模型及其应用

 为了实现对斜坡稳定性的可视化分析与预测,以楚雄双柏一斜坡作为研究工点,在数字高程模型(DEM)的基础上,结合降雨量、地形地貌、土的特性等因素,运用降雨阈值模型计算斜坡单元变形失稳所需临界降雨量,分析降雨入渗以及地形坡度对斜坡稳定性的影响。比较模型预测结果与斜坡实际监测结果表明,降雨阈值模型能较好地模拟斜坡各单元产生滑坡失稳的诱因,即所需降雨量大小;当降雨量大于各单元产生滑坡失稳的临界值时,该单元即有可能产生失稳滑动。模型预测的产生滑坡的斜坡单元与现场失稳情况较为一致。     

蒋家沟流域松散砾石土斜坡滑坡频发原因与试验模拟

降雨对滑坡的激发是广泛讨论的话题，从物质成分，结构构造和雨强，降雨量、土体应力特征等方面分析滑坡频发的原因，进行大型人工降雨 滑坡试验，观测降雨激发滑坡的过程，室内土工实验表明内聚力和内摩擦角与含水量之间有突变现象，松散砾石土斜滑坡是在以降雨为主导因素的多种因素综合作用下发生的。     

香港的斜坡灾害及防治

香港城区的人造斜坡上每年雨季都要发生滑坡、落石等地质灾害,危及市民的生命财产安全。文中以滑坡为例具体分析了斜坡灾害的特征,探讨了滑坡体的移动特征以及滑坡与降雨量的关系,介绍了香港政府推动实施的斜坡减灾计划及其效果。     

边坡演化的非线性机制及滑坡预测预报研究

综合、系统地总结了前人在边坡工程及滑坡预测预报领域的研究成果。在此基础上,运用非线性理论的相关理论和方法,对岩土力学参数的置信度、边坡演化的非线性机制、边坡的分岔过程与混沌特征、滑坡预测和预报方法进行了较为系统的研究和探讨。 推导了反映岩土体力学参数的不确定性的数字特征公式,建立了可靠性检验模型。边坡系统是一个具有复杂结构和功能的非线性开放系统,非线性性质是其基本属性。为研究这一性质,归纳了研究边坡工程非线性特征的系统范式原则,认为边坡系统从形式、发展到破坏的演化过程遵循一定的规律,如发展的动力、演化的道路及演化的历经状态等符合原则。 边坡在演化过程中,分岔是其发展道路之一,运用分岔理论研究边坡演化的非线性机制可反映出这一过程。建立了边坡演化的分岔模型,并运用线性稳定性分析、数值模拟方法对边坡稳定性、吸引子特征及演化趋势进行了理论研究。结果表明：处于非线性演化状态的边坡在外界小扰动作用下,会发生状态质变,从而为解释边坡变形机制提供了理论依据。 引入有关理论,提出了滑坡预测预报的非线性时间序列方法,建立了滑坡失稳时间的协同一分岔模型,并把混沌理论与神经网络方法结合起来对边坡稳定性进行评价。最后,以新滩滑坡、Ｖａｊ     

边坡变形的多因素时变预测模型

在深入分析边坡变形的影响因素及因子模式的基础上，通过融合回归分析和递推模型的优点，结合边坡位移时间序列实测资料，建立了边坡变形的多因素回归时变预测模型，并考虑了降雨和温度变化的影响。通过模型的预测值与实测数据的对比分析，可以监控边坡的变形和稳定性。工程实例表明，该方法具有预测精度较高且实时性强等特点，有较大的应用价值。     

广-邻高速公路K24工程边坡失稳的机理分析

在介绍K24工程边坡地质情况的基础上,对边坡失稳的过程和形态特征进行了描述,对边坡失稳的成因和机理进行了分析,结合工程实际特点提出了处治方案。总结表明,对不稳定工程边坡采取预处治方案或同步处治方案远优于后处治方案。     

外来务工人员就业空间的演变机理和核心过程

改革开放以来,大量外来务工人员进入城市求职,占据并逐步改变了城市的空间生态和结构,同时,城市外来务工人员就业空间也在发生持续性的演化。本文借鉴相关理论,构建了外来务工人员就业空间演变"双端双层"的诠释框架。在此基础之上,通过"动阻结合"的空间"双重效应",剖析外来务工人员就业空间演变的内在机理;提出"劳动力要素+空间"和"资本要素+空间"的"双套循环"模型,解释外来务工人员就业空间演变的核心过程;进而推演出外来务工人员就业空间演变的"三大阶段"。     

岩石边坡工程与卸荷非线性岩石(体) 力学

 提出卸荷非线性岩石力学的概念及其主要内容, 指出卸荷非线性岩石力学与加载岩石 力学的区别。认为岩石边坡开挖为卸荷条件, 以往用加载岩石力学方法不能反映边坡岩体的 实际力学状态。采用卸荷非线性岩石力学方法对自然边坡及人工边坡的分析实例表明, 计算 成果与实际情况吻合。     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究

 自然界中存在着大量的临水边坡,比如河岸、海堤、土石坝、水库库岸以及湖岸等,边坡外水位的骤降极易诱发此类临水边坡的滑坡。通过大型模型试验研究水位骤降引致临水边坡滑坡的原因及失稳模式。模型边坡的尺寸为15 m×5 m×6 m(长×宽×高),边坡部分的高度为4 m。在试验中,通过水位控制系统实现坡外水位的骤降,利用数码摄像、高精度传感器、侧面示踪点等仪器设备详细记录水位骤降过程中边坡内的孔隙水压力、土水总压力,滑动面形态及坡面裂缝的形成和发展过程,揭示水位骤降引致边坡失稳的原因及失稳模式。试验结果表明,坡外水位骤降时,坡内水位的下降速度显著滞后于坡外,产生指向坡外的渗流,是滑坡产生的重要原因;松散填土边坡的失稳模式为有多重滑面的牵引破坏模式。该研究结果有助于深入认识水位骤降引致滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。     

桩-土-承台非线性工作机理的模型试验

通过单桩、单板和带承台单桩的系列模型试验,对天然地基中土体的破坏规律进行分析,发现附加应力影响深度主要取决于筏板尺寸和土的性质而与荷载大小无关;对承台板对桩承担荷载能力的影响分析表明,承台板对桩端阻力的发挥有着增强作用,对桩侧摩阻力的发挥有着减弱的作用;结合土体中附加应力场的变化状况,对桩、土非线性的受荷性状给予描述,发现在带承台单桩受荷过程中,桩先进入非线性状态,然后净承台再进入非线性状态,研究结果表明,这主要是由土的塑性区开展进程所决定的。     

植被护坡机制及应用研究

植被护坡就是利用植被涵水固土的原理来进行边坡加固及坡面防护。研究结果显示，植被护坡的机制为：（1）木本植物深根对边坡岩土体有锚固作用；（2）草本植物浅根对边坡岩土体有加筋作用；（3）植被覆盖层可以防止坡面冲刷。植被护坡的特点主要有：（1）植被护坡在初始时，作用力较弱，但随着植物的生长，作用力逐渐加强；（2）植被根系作用力及作用范围有限：（3）植被护坡要求边坡处于相对稳定状态。在此基础上，对植被护坡技术的环境适应性以及植被护坡技术的流程模式进行探讨，并提出将传统的边坡加固技术与植被护坡技术有机地结合起来，发挥二者各自的优点，既保证边坡的安全稳定，以及加固措施的长期有效，又实现坡面植被的快速恢复及生态环境保护。